外部存储器教学课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6,章 外部存储器,硬盘,光盘储存系统,1,第6章 外部存储器 硬盘1,计算机存储器系统分类,计算机存储系统,内存,外存,磁存储器,光存储器,磁盘,磁带,软磁盘,硬磁盘,其他磁盘存储器,CD,DVD,DVD-R.,VCD,CD-R.,半导体存储器,Flash,电子盘,外部存储器概述,2,计算机存储器系统分类计算机存储系统内存外存磁存储器光存储器磁,硬盘是电脑的数据存储中心，电脑没有了硬盘，也许能够开机启动，但却无法保存你操作的任何步骤。,和内存相比，外存的特点：容量大,(,单位容量成本低,),、具有非易失性、寻址和访问速度慢等。,外部存储器概述,3,硬盘是电脑的数据存储中心，电脑没有了硬盘，也许能够开机启动，,硬盘的发展,-,雏形,1956,年,9,月 著名的,IBM,的公司的一个工程小组将世界上首个“硬盘”展示给了大家，它并不是我们现在所说的完整意义上的硬盘，它仅仅是一个磁盘储存系统，现在来看较为落后的机械组件，庞大的占地面积，不由让人胆寒。他的名字叫做,IBM 350 RAMAC,（,Random Access Method of Accounting and Control,）。,硬盘系统,4,硬盘的发展-雏形硬盘系统4,图中左边机柜中间的一个,圆柱体容器,，就是我们现在硬盘盘片的雏形,特点：,5M,容量,占地面积大,机械组件,硬盘系统,5,图中左边机柜中间的一个圆柱体容器，就是我们现在硬盘盘片的雏形,一共使用了,50,个直径为,24,英寸,的磁盘，这些盘片表面涂有一层磁性物质，并且堆叠在一起，通过一个传动轴承是他可以顺利的工作。盘片由一台电动机带动，只有一个磁头，磁头上下前后运动寻找要读写的磁道。,硬盘系统,6,一共使用了50个直径为24英寸的磁盘，这些盘片表面涂有一层磁,盘片上每平方英寸的数据密度只有,2000bit,，数据处理能力为,1.1KB/s,。,他的磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域，从而成功地实现了随机存储，,此原理是后来的温彻斯特盘的基础。,售价是,35000,美元，平均每,M,要有,7000,美元的成本，而现在,250G,的才,410,元。,硬盘系统,7,盘片上每平方英寸的数据密度只有2000bit，数据处理能力为,硬盘的发展,-,温盘,在,1968,年，,IBM,颠覆了之前自己的设计，重新提出了“温彻斯特”（,Winchester,）技术的可行性，这次的提出的技术则奠定了以后硬盘所发展的方向。,“温彻斯特”技术的精隋,在于提出了：“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这也同样是我们现在硬盘所走的道路。,硬盘系统,8,硬盘的发展-温盘硬盘系统8,1973,年,IBM,终于推出了使用,温彻斯特技术的第一块硬盘，型号为,3340,，它采用,14,英寸的规格，由两个分离的盘片构成,(,一个固定的和一个可移动的,),，每张盘片容量为,30MB,。并且硬盘首次使用了封闭的内部环境，并进一步发展了气动学磁头技术，将磁头与盘片之间的距离缩短到了,17,微英寸。,1979,年，,IBM,再次发明了薄膜磁头，为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。同期,IBM,的两位员工,AlanShugart,和,FinisConner,离开,IBM,后成立了希捷公司,(Shugart Technology,公司，也就是后来的,Seagate,希捷公司,),，之后便推出了像,5.25,英寸大小的硬盘驱动器。,硬盘系统,9,1973年IBM终于推出了使用温彻斯特技术的第一块硬盘，型号,硬盘系统,以后的发展历程：,体积：,5.25,英寸,/,全高,3.5,英寸,/,半高,(PC),2.5,英寸,(,笔记本,),容量：,1040MB(8086/286),100500MB(386/486),11TB(,目前,),传输速率：,100KB/s,50MB/s,600MB/s(Serial ATA 3.0),平均寻道时间：,80,ms,5ms,转速：,3600,转,/s,15000,转,/s,10,硬盘系统以后的发展历程：10,硬盘的分类,根据接口技术的不同来划分的，我们可以把硬盘分为,IDE,硬盘,高端的,SCSI,硬盘,更为先进的,Serial ATA,硬盘,硬盘系统,11,硬盘的分类硬盘系统11,硬盘系统,硬盘的结构,1.,内部结构,硬盘内部包括浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘体及主轴驱动机构、前置读写控制电路和接口电路等。封装在硬盘的净化腔体内。,12,硬盘系统硬盘的结构12,硬盘系统,2.,磁道、扇区和柱面,盘体：,盘体由多个同轴盘片组成，每个盘片都是双面存储，第一个盘片的第一面为,0,磁面，下一个为,1,磁面；第二个盘片的第一面为,2,磁面，以此类推。,磁道,(Track),：,磁面上均匀分布的同心圆存储轨迹。最外层为,0,磁道。,扇区,(Sector),：,磁道上等弧度划分的扇段。一般一个扇区的存储容量为,512,字节。,柱面,(Cylinder),：,各个盘面上同一编号磁道的组合。,单个扇区,外圈磁道,中圈磁道,内圈磁道,13,硬盘系统2.磁道、扇区和柱面单个扇区外圈磁道中圈磁道内圈,硬盘系统,3.,记录格式,每一扇区除存放,512,字节的用户数据外，还存放着用于同步、数据定位、数据校验等作用的辅助数据，这些数据一般只作用于硬盘内部。,14,硬盘系统3.记录格式14,4.,硬盘的基本工作原理,初始化,：加电正常工作后，利用控制电路中的单片机初始化模块进行初始化工作，此时磁头置于盘片中心。,启动,：主轴电动机将启动并以高速旋转，装载磁头的悬臂机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的,00,道，处于等待指令的启动状态。,读,/,写,：当接口电路接收到微机系统传来的指令信号后，通过前置放大控制电路，驱动音圈电动机发出磁信号，根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接收后的数据信息解码，通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作。,断电,：硬盘断电时，在力矩反弹的作用下，浮动磁头驻留到盘面中心。,硬盘系统,15,4.硬盘的基本工作原理硬盘系统15,硬盘的主要性能指标,1),硬盘容量,：硬盘容量用来描述硬盘能够存储多少数据，一般以,GB,为计量单位，目前主流硬盘容量为,80 GB,400 GB,。,2),主轴转速,：主轴转速是决定硬盘数据传输率的因素之一，其单位为,RPM,（,Rotate Per Minute,，转,/,分钟），一般市场硬盘转速有,5400 r/m,，,7200 r/m,，,10000 r/m,，,15000 r/m,。,3),高速缓存,：高速缓存指在硬盘内部的高速存储器，目前硬盘的高速缓存为,8,16 MB,，,SCSI,硬盘的高速缓存更大，购买时应选高速缓存较大的硬盘。,16,硬盘的主要性能指标1)硬盘容量：硬盘容量用来描述硬盘能够存,4),寻道时间,：寻道时间是指硬盘磁头移动到数据所在磁道而所用的时间，其单位为毫秒（,ms,）。,5),平均寻道时间,：平均寻道时间是指磁头移动到正中间的磁道需要的时间，一般选用平均寻道时间为,9 ms,以下的硬盘。,6),全程访问时间,：全程访问时间是指磁头开始移动直到最后找到所需的数据块所用的全部时间，单位为毫秒（,ms,）。,7),平均访问时间,：平均访问时间是指磁头开始找到指定数据的平均时间，单位为毫秒（,ms,），是平均寻道时间和平均潜伏时间之和。,硬盘的主要性能指标,17,4)寻道时间：寻道时间是指硬盘磁头移动到数据所在磁道而所,8),潜伏时间,：当磁头移动到数据所在磁道后，等待所要的数据块继续转动（半圈或多些、少些）到磁头下的时间，其单位为毫秒（,ms,）。,9),道至道时间,：表示磁头从一个磁道转移到另一个磁道的时间，单位为毫秒（,ms,）。,10),最大内部数据传输率,：最大内部数据传输率也叫持续数据传输率（,Sustained Transfer Rate,），单位为,Mb/s,。是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率。,硬盘的主要性能指标,18,8)潜伏时间：当磁头移动到数据所在磁道后，等待所要的数据块,11),外部数据传输率,：外部数据传输率也称为突发数据传输率，它是指从硬盘缓冲区读取数据的速率。在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替，其单位为,MB/s,，例如,UltraDMA/100,技术的外部数据传输率可达,100 MB/s,。,12),单碟容量,：一般,IDE,硬盘最多有四张碟片，一般每张碟片的容量为,10 GB,。而,IBM,公司生产五张碟片的硬盘，单碟容量大都在,10 GB,以上。,13),连续无故障时间（,MTBF,）,：连续无故障时间是指在硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时（,h,）。一般硬盘的,MTBF,至少在,30000 h,以上。,硬盘的主要性能指标,19,11)外部数据传输率：外部数据传输率也称为突发数据传输率，,20,20,硬盘的使用,硬盘在使用之前必须经过低级格式化、分区和高级格式化三个步骤。,1.,低级格式化,(DOS,中,使用,LFORMAT,等软件,),低级格式化的作用：创建磁道和扇区，写入每个扇区的头、尾信息。,低级格式化和操作系统无关。,一般硬盘在出厂之前都做过低级格式化。,21,硬盘的使用 硬盘在使用之前必须经过低级格式化、分区和高级,硬盘的使用,2.,分区,(DOS,中使用,FDISK),用,FDISK,对硬盘进行分区时，可将硬盘,分为一个主分区和一个扩展分区，扩展分区可分成多个逻辑分区,，每个分区对应一个逻辑磁盘,(,卷,),。在,windows,系统中可查看或更改：,操作：我的电脑,/,右键,/,管理,/,磁盘管理,22,硬盘的使用2.分区(DOS中使用FDISK)22,PC,机常用的三种分区：,FAT(File Allocation Table),：,16,位,文件分配表,(FAT16),，用于,DOS,、,Windows3.x,的文件系统，,Windows9x/2000,继续支持。,FAT16,方式的逻辑磁盘的最大容量为,2GB,。硬盘的分配单位是“,簇,”,(,一般包括多个扇区,),，并将全部簇编号，,FAT16,文件系统中簇的编号为,16,位,(,软盘为,12,位,),二进制。每个簇包含的扇区数因逻辑盘容量而异。,FAT32,：,32,位,文件分配表，,用于,Windows9x/2000,的文件系统，用32位二进制对簇进行编号，支持逻辑最大容量位2048,GB,。,和,FAT16,相比，,FAT32,文件系统的簇所包含的扇区数少，如,2GB,的一个逻辑盘，,FAT16,的簇容量为,32KB,，而,FAT32,的簇容量为,4KB,。,FAT32,的磁盘利用效率比,FAT16,高约,15%,。但,DOS,和,Windows3.x,不支持,FAT32,。,NTFS:,Windows NT,文件系统，用于,WindowsNT/2000/XP,，是基于安全性的文件系统。,硬盘的使用,23,PC机常用的三种分区：硬盘的使用23,3,.,高级,格式化,(DOS,中使用,FORMAT),将全部扇区分成引导区、文件分配表,(FAT),、,文件根目录表和数据区四个区域。,引导区：,磁盘参数和引导程序等。,引导区,文件分配表,文件根目录,数据区,文件分配表,(FAT),：,数据区的每一个簇对应文件分配表中的两个字节，表示该簇被某文件占用并指明该文件下一簇。,FAT,表记录着硬盘数据的存储地址，每一个文件都有一组,FAT,链指定其存放的簇地址。,FAT,表的损坏意味着文件内容的丢失。,文件根目录：,一个文件的目录称为一个目录项，,FAT16,中占,32,个字节。存放文件名、修改日期时间、文件长度及起始簇。,硬盘的使用,